畢業設計—基于dsp無刷直流電動機調速系統的設計-資料下載頁

　　

【正文】 0AhSACL IMR 。允許INT2，INT4 中斷LACC IFRSACL IFR 。中斷寄存器置零POINT_EVSPLK 0000001000000000b，EVIMRA 。允許PWMINT、PDPINT 中斷SPLK 0000000000000111b，EVIMRC 。允許CAPINT 中斷LDP 0hCLRC INTM 。開中斷 無刷直流電動機啟動初始位置的檢測 無刷直流電動機啟動的時候，必須知道其初始位置，否則不能確定電流的初始流向，導致電機起動不起來。電機的初始位置可以通過檢測CAP 單元的值得到。其具體程序如下:LDP 00E1h。將CAP 單元設為I/O 口SPLK 0FF00h，OCRBSPLK 0000h，PCDATDIRLACC PCDATDIR 。判斷電機初始位置AND 0070HLDP 0SACL CAPTLACC CAPT, 12SACH CAPT 。保存初始位置 系統中斷主要由兩個，分別為 INT2，INT4。INT2 主要由PWMINT、PDPINT產生，INT4 由CAPINT 產生。1) INT2 中斷由于 INT2 是由兩個中斷產生的，進入該中斷服務程序后必須判斷此中斷是由哪個中斷產生的，從而轉到相應的中斷處理程序。其具體程序如下:LDP 00E8hLACL IVRA 。載入中斷矢量地址SUB 0020h。 。減去PDPINT 偏移地址BCND PDPINT_ISR, EQ 。如果ACC=0，執行PDPINT_ISRLACL IVRA 。重新載入中斷矢量地址SUB 0027h 。減去PWMINT 偏移地址BCND PWM_ISR, EQ。 。如果ACC=0，執行PWMINT_ISR返回CLRC INTM 。開中斷2) PWMINT 中斷 每個 PWM 周期完成之后產生PWMINT 中斷，每20KHz 進行一次。在這個中斷處理程序中將完成電機外部給定轉速輸入，故障處理，電流檢測，轉速、電流PID調節，PWM 波輸出等功能。是整個系統軟件的關鍵部分。T1 產生相應的中斷請求信號時，該信號通過核中斷INT2 送往CPU，在中斷2服務程序中，首先對環境進行保護，然后依次調用速度調節、電流調節模塊和MOD6_CNT 模塊，最后將這些模塊的輸出信號送往BLDC_PWM_DRV 進行處理。當執行完BLDC_PWM_DRV 模塊后，就完成了T1 下溢中斷的主要任務，接下來就是恢復保存的環境，重新返回到主程序中，等待下一次中斷事件的發生。速度調節和電流調節的周期是異步的，每10 個PWM 中斷進行一次速度調節可以得到較為滿意的結果。所以在中斷服務程序中設置了一個軟件計數器count 變量，初始值為0，每進一次PWM 中斷其值加一，當count=10 時，進行速度調節，速度調節完后將count 值重新置0，進行下一次速度調節等待。3) PDPINT 中斷 當 DSP 的PDPINT 腳為低電平時，產生PDPINT 中斷通常用來實現故障保護的功能，防止驅動系統因為過壓、過流、過熱等情況受到破壞。一旦產生PDPINT 中斷，DSP 中COMCON 寄存器里的FCOMPOE 位變為零，這時所有的PWM 輸出變為高阻態，防止驅動電路遭到進一步的損壞。要想重新輸出PWM 波，FCOMPOE位必須置1。PDPINT 與系統時鐘獨立，這也意味著，只要PDPINT 引腳變為低電平，PWM 的輸出就會變為高阻態，直至PDPINT 的電平為高，與系統運行狀態無關。向DSP 上PDPINT 腳輸入低電平即可產生中斷.4) INT4 中斷 INT4 中斷主要是由CAP 單元產生的其中斷處理程序為CAPINT。三個捕捉單元CAPCAPCAP3 中任意一個電平發生變化，都會觸發INT4 中斷。INT4 中斷既可以捕捉無刷直流電動機的位置信號，還可以用來計算無刷直流電動機的轉速大小，其思想如前所述。值得注意的是，我們首先要調用GET_SPEED子程序，才能得到比較準確的速度信號。因為如果先執行其他指令的話，T2CNT 里的值可能會改變，使得計算出現誤差。 ADC中斷子程序 本設計PWM采用的是對稱波形，固定頻率為20kHZ。利用定時器1的周期匹配功能觸發ADC轉換，因此每50進行一次轉換，轉換結束后產生中斷。ADC中斷子程序的框圖如圖38所示。在ADC中斷子程序中，主要進行讀ADC轉換結果、電流調節、中性點電壓計算、延遲時間計算、感應電動勢符號判別和換向準備的操作，另外在磁定位過程中，根據電流調節的結果更新PWM占空比、磁定位結束后的判別操作。 在主程序中，初始化后進行磁定位啟動電動機操作。之后的主循環程序主要進行換向操作和每50一次的更新PWM占空比操作。這些操作是通過調用“更新比較值或換向”字程序來實現的。該程序框圖如圖39所示。圖38 ADC中斷子程序 diagram of ADC interrupt subroutine圖39 更新比較或換相子程序框圖 The diagram of update block diagram to pare or mutation subroutine5 系統設計的經濟技術分析本文設計的無刷直流機控制系統是以DSP為核心的，通過軟件編程實現對無刷直流機的控制。與其他一般的控制系統不同的是，在主電路中交直部分采用的是智能功率模塊IPM，轉子位置檢測電路不是采用普通的傳感器，而是采用反電勢過零檢測方法得到其轉子位置信號并通過軟件實現對轉速測量。 本文采用的是DSP作為控制系統的核心，與單片機實現的控制系統相比具有處理速度高，處理數據量大的優點。并且其技術也越來越成熟，價格也更加便宜，因此選擇DSP作為控制核心是經濟合理的。在眾多的DSP中，我選擇的是TMS320LF2407A, 此型號的DSP特別適用于控制系統，它使TI公司專門為控制系統而設計的一種芯片，其除了具有其他芯片的一些特點外，而且還具有PWM波產生單元，且其波形和死去由設計者按不同的需要方便地進行設置，即只需改變一下程序的初始值而已。比起用專門硬件產生PWM波來說，其控制結構簡單且不需要另外購買元器件，節省了投資。不同于傳統的利用傳感器的轉子位置檢測電路，本文采用了反電勢過零檢測法，其結構更加緊湊，且減少了機械磨損和一定的費用支出。逆變電路采用了智能IPM功率模塊，其內部集成了驅動電路，因此不必再去對其選擇。且集成了各種保護單元使控制線路得到了簡化，維修更加方便，具有很強的互換性。其轉速電流上閉環控制都是通過軟件來實現的，可適用于給定轉速不同的調速系統，只需根據用戶的需要將程序的初始值改一下即可，而不像模擬電路那樣，如果給定值不同則要對整個系統進行的參數進行重新調試，他省去了繁瑣的調試過程減少了經濟開，這一方面是此系統的一大優點所在。整個系統省去了以往復雜的硬件電路，結構緊湊，采用結構更加合理的軟件實現了大部分功能，從而達到更好的效果。6 結論本文的基于TMS320LF2407A DSP的全數字無刷直流機無位置傳感器控制調速系統，電機的起動，反電勢過零點的測定，過零點移相30o換相，以及相位補償等的處理均可由軟件實現，大大簡化了系統的硬件結構。系統的軟件設計結構合理功能完善，僅僅采用定時比較單元就實現了PWM調制。基本實現了對系統的轉速電流雙閉環調節，可以實現轉速無靜差的實時控制、移相時間控制等功能。由于無位置傳感器無刷直流機控制技術還處于發展階段，有些技術還不夠成熟，因此本文還存在一些不足的地方，如精度還不夠理想。因此無位置傳感器控制系統的精度問題仍然是需要研究的一個重要問題。另外轉矩脈動也是無刷直流機控制系統普遍存在的問題，本文未對其作論述，有些資料上雖然也提出了一些抑制轉矩脈動的方案，但從根本上還沒能夠得到解決，有待進一步研究。致謝本文是在導師張軍利的精心指導下完成的，從論文的選題、思路形成直至最后成文，每一個環節都凝結著老師的智慧和心血。通過這次畢業設計，我不但學到了豐富的專業知識，而且導師廣博的學識，嚴謹求實的治學態度，一絲不茍的工作精神和對青年人孜孜不倦的教誨，將使我銘記心間，這些崇高的品德必將激勵我在今后的工作和學習。在此，謹向我的導師表示衷心的感謝和致以崇高的敬意！感謝寶雞文理學院電子電氣工程系！同時也向給予我關心和幫助的所有老師、同學和朋友表示衷心的感謝！感謝各位老師、教授在百忙中評審本文，并衷心希望得到各位老師、教授的批評和指導！參考文獻[1] ［J］.微電機,1995,28（1）：23～25.[2] [J].電氣自動化,1996,18(2)：4～8.[3] 王曉明，[M].北京：北京航空航天出版社,2005.[4] [M].機械工業出版社,2004.[5] 張志民,[M].機械工業出版社,1996.[6] 韋彩兵，任永德，2002, 29 (3)：27～30.[7] 劉丁,余志平,[J].電機與控制學報,6 （1）：29～33.[8] [A].西北工業出版社，～38.[9] DSP結構、原理及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社,2002. [10] [M].北京：機械工業出版社,2004.[11] 孫增圻,(等).：清華大學出版社，1997 .[12] 曾毅，張明，[M].濟南：山東科學技術出版社，2001.[13] Y. Ding, , S. Shao. Structure and stability analysis of a TakagiSugeno fuzzy PI controller with application to tissue hyperthermia therapy[J]. SpringerVerlag 1999 Soft Compuring z (1999) 183～190.[14]EPRIR Intagrated Protection,Control and Data Acquisition,1996.[15] L. A. Zadeh. The concept of a linguistic variable and its application to approximate reasoning, Part Ⅲ[J].Information Sciences, 2000,(8):199202.[16] D. Dubois and H. Prade. Fuzzy Sets and Systems: Theory and Applications [M].New York: Academic Press, 2002.[17]：北京航空航天大學出版社，2004.附錄A 譯文 TMS320LF2407在電機控制中的應用0 引 言 電氣傳動系統由控制、功率驅動和電動機三大要素組成。調速系統可分為直流調速和交流調速兩大類，后者又分為異步調速和同步調速。在上述調速系統中，直流調速雖然歷史悠久、技術成熟，并且在不斷加以完善(如全數字化)，但由于有電刷和機械換向器等固有缺陷，必將為交流調速所取代。而與異步調速相比，同步調速具有功率因數高、轉子參數可測、效率高、控制性能好等方面的優勢，因而在取代直流調速方面更有優勢。新一代調速電機有交流感應電機、直流無刷電機和開關磁阻電機等。隨著VIii和控制理論的發展，高速、高集成度、低成本的微控制器及專用芯片相繼問世，使全數字化的交流伺服系統得以實現。用軟件取代模擬器件，可以方便地修改控制策略、修正控制參數，此外還可以具有故障監測、自診斷和上位機管理與通訊等功能。美國，I1(德州儀器)公司自1982年發明第一片DSP(數字信號處理器)以來，最近又推出數字電機微控制器TMS320LF240x，該芯片對電機的數字化控制非常有用。它將幾種先進外設集成在芯片內，以形成真正的單芯片控制器，從而將DSP的高速運算能力與面向電機的高效控制能力集于一體，堪稱業界內最具競爭力的數字電機控制器。1 結構與特點 TMS320F240是美國德州儀器公司1997 年推出的具有高速運算能力并面向電機控制的DSP 芯片，它通過把一個高性能的DSP(Digital Signal Processor)內核和微處理器的片內外圍設備集成為一個芯片,它具有每秒2 千萬條指令的處理速度。幾乎所有的指令都可以在一個50ns 的單周期內執行完畢，遠遠超過傳統的16 位微控制器和微處理器的性能。它還具有非常高的采樣速率，使環路延遲最小，堪稱是業界最具競爭力的數字電機控制器。作為一個系統的管理者，TMS320F240 具有強大的片內I/O 口和其他外圍設備,其事件管理器與其他任何DSP 均不同，應用優化的外圍設備單元與高性能的DSP 內核結合在一起，使電機的高精度高效全變速控制中使用先進的控制技術成為可能。 TMS320F240 的體系結構 為了快速地實現數字信號處理運 算 DSP,TMS320F240 采用特殊的軟硬件結構,包括：哈佛結構、流水線結構、專用的硬件乘法器、特殊的DSP 指令、高速的指令運行周期等。這些基本結構保證了TMS320F240 能進行高速的運算，并使大部分運算能在一個指令周期內完成。1) 程序和數據分開的哈佛結構 哈佛結構的主要特點是將程序和數據存儲在不同的存儲空間中，每個存儲器獨立編址，獨立訪問，并在系統中相應設置了程序總線和數據總線兩條總線。傳統的馮諾曼結構則是將指令數據地址存儲在同一存儲器中，統一編址，依靠指令計數器提供的地址來區分是指令數據還是地址，取指和取數據都訪問同一存儲器數據，吞吐率低。在哈佛結構中，由于程序和數據存儲器在兩個分開的空間中，因此取指令和執行指令能完全重疊運行，另外改進的哈佛結構允許數據存放在程序存儲器中并被